Nghiên cứu hệ thống điều khiển trong ngành bia tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Chuyên khảo phân tích Thiết kế và tíh hợp hệ thống tự động hóa lọ bã bia trong dây huyền nấu bia hiện đại, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Vương Vò Hiệp
• Người hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Tráng Quế
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Học Kỹ Thuật
• Đề tài: Thiết Kế và Tích Hợp Hệ Thống Tự Động Hóa Lạc Bía Trong Dây Chuyền Nấu Bia Hiện Đại
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG DÂY CHUYỀN NẤU BIA
• 1.1. Giới thiệu sơ lược về ngành bia
• 1.2. Tổng quan về ngành công nghiệp bia ở Việt Nam
• 1.2.1. Tình hình sản xuất bia ở Việt Nam
• 1.2.2. Định hướng phát triển ngành công nghiệp bia Việt Nam
• 1.3. Vai trò của hệ nấu trong sản xuất
• 1.4. Tổng quan về hệ thống điều khiển trong dây chuyền nấu
• 1.4.1. Sơ đồ nguyên lý của dây chuyền nấu bia
• 1.4.2. Quy trình công nghệ sản xuất bia và sơ đồ khởi của quá trình sản xuất
• 1.4.3. Hệ thống điều khiển động trong dây chuyền nấu
• 2. CHƯƠNG 2: NỒI LẮC BÃ BIA – YÊU CẦU CÔNG NGHỆ VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN
• 2.1. Vai trò của nồi lắc trong dây chuyền nấu bia hiện đại
• 2.1.1. Tổng quan về dây chuyền nấu
• 2.1.2. Nguyên liệu sản xuất và cơ sở công nghệ cho dây chuyền nấu
• 2.1.3. Vai trò của nồi lắc bã bia
• 2.2. Lựa chọn nồi lắc Pegasus
• 2.2.1. Nồi/máy lắc thông thường trong thực tế
• 2.3. Yêu cầu của bài toán điều khiển
• 2.3.1. Phương pháp điều khiển nồi lắc của các đơn vị nước ngoài
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Lựa chọn thiết bị
• 3.2. Thiết kế hệ thống điện động lực
• 3.3. Thiết kế hệ thống điện động lực 2
• 3.4. Sách lược điều khiển
• 4. CHƯƠNG 4: TÍCH HỢP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG LỌC NỒI LẮC BÃ BIA
• 4.1. Tích hợp hệ thống tự động nồi lắc bã bia
• 4.2. Kết quả ứng dụng thực tế tại nhà máy bia Sài Gòn Hà Nội
• 4.3. Hướng nghiên cứu và phát triển đề tài
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ ĐIỆN ĐỘNG LỰC
• PHỤ LỤC 2: CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
• PHỤ LỤC 3: CÁC THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG
• PHỤ LỤC 4: VỆ SINH CÔNG NGHIỆP NỒI LẮC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên cứu Hệ Thống Điều Khiển Ngành Bia

Nghiên cứu hệ thống điều khiển trong ngành bia tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là một lĩnh vực quan trọng. Nó tập trung vào việc áp dụng các nguyên tắc và công cụ của kỹ thuật điều khiển để tối ưu hóa quy trình sản xuất bia. Từ việc kiểm soát nhiệt độ và áp suất trong quá trình lên men đến việc điều khiển chất lượng bia, hệ thống điều khiển đóng vai trò then chốt. Các nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng ổn định của sản phẩm. Theo luận văn tốt nghiệp của Vương Vũ Hiệp, nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm với tỷ lệ nội địa hóa cao là một nhu cầu rất lớn đối với những doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực này.

1.1. Giới thiệu về công nghệ sản xuất bia hiện đại

Công nghệ sản xuất bia hiện đại ngày càng được tự động hóa cao. Các hệ thống điều khiển tiên tiến, sử dụng PLC trong điều khiển sản xuất bia và hệ thống SCADA trong ngành bia, giúp kiểm soát chặt chẽ các thông số quan trọng như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và nồng độ. Điều này không chỉ đảm bảo sự ổn định của quy trình mà còn cho phép điều chỉnh linh hoạt để đạt được chất lượng sản phẩm mong muốn. Việc áp dụng IoT trong ngành bia cũng đang mở ra những khả năng mới trong việc giám sát và quản lý sản xuất từ xa.

1.2. Vai trò của tự động hóa trong ngành sản xuất bia

Tự động hóa đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu quả và chất lượng sản xuất bia. Nó giúp giảm thiểu sai sót do con người, tăng năng suất và giảm chi phí. Các hệ thống điều khiển thông minh ngành bia, sử dụng điều khiển bằng AI trong ngành bia, có khả năng tự động điều chỉnh các thông số quy trình để đáp ứng với những thay đổi trong nguyên liệu hoặc điều kiện môi trường. Điều này giúp đảm bảo chất lượng bia ổn định và đồng đều, đồng thời giảm thiểu lãng phí và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.

II. Thách Thức Tối Ưu Hệ Thống Điều Khiển Sản Xuất Bia

Mặc dù tự động hóa quy trình sản xuất bia mang lại nhiều lợi ích, nhưng nó cũng đặt ra những thách thức không nhỏ. Việc thiết kế và triển khai một hệ thống điều khiển hiệu quả đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về quy trình sản xuất bia, kiến thức chuyên môn về kỹ thuật điều khiển và kinh nghiệm thực tế. Ngoài ra, việc tích hợp các cảm biến trong sản xuất bia và hệ thống điều khiển hiện có có thể gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là trong các nhà máy bia cũ. Theo luận văn, một trong những mục tiêu là nâng cao sự tự chủ của các đơn vị nội địa đối với các phần mềm tự động hóa trong lĩnh vực rượu-bia-nước giải khát.

2.1. Vấn đề điều khiển chất lượng bia và tối ưu quy trình

Một trong những thách thức lớn nhất là làm thế nào để điều khiển chất lượng bia một cách chính xác và hiệu quả. Điều này đòi hỏi việc thu thập và phân tích dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các cảm biến trong sản xuất bia, kết quả phân tích phòng thí nghiệm và thông tin về nguyên liệu. Dựa trên những dữ liệu này, hệ thống điều khiển phải có khả năng điều chỉnh các thông số quy trình để đảm bảo chất lượng bia đáp ứng các tiêu chuẩn mong muốn. Tối ưu hóa quy trình sản xuất bia cũng là một thách thức quan trọng, đòi hỏi việc tìm ra sự cân bằng giữa hiệu quả sản xuất, chất lượng sản phẩm và tiêu thụ năng lượng.

2.2. Khó khăn trong việc tích hợp hệ thống tự động hóa hiện có

Việc tích hợp hệ thống tự động hóa mới vào các nhà máy bia hiện có có thể gặp nhiều khó khăn. Các nhà máy bia cũ thường sử dụng các thiết bị và hệ thống điều khiển lạc hậu, không tương thích với các công nghệ hiện đại. Việc thay thế hoàn toàn các thiết bị này có thể tốn kém và gây gián đoạn sản xuất. Do đó, việc tìm ra các giải pháp để tích hợp các hệ thống điều khiển mới với các thiết bị hiện có là một thách thức quan trọng. Điều này có thể đòi hỏi việc sử dụng các giao thức truyền thông đặc biệt, phát triển các phần mềm tùy chỉnh và thực hiện các điều chỉnh phần cứng.

III. Giải Pháp PLC và SCADA trong Điều Khiển Sản Xuất Bia

Để giải quyết những thách thức trên, các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tập trung vào việc phát triển và ứng dụng các giải pháp hệ thống điều khiển tiên tiến. PLC trong điều khiển sản xuất bia và hệ thống SCADA trong ngành bia là hai công cụ quan trọng được sử dụng để tự động hóa và tối ưu hóa quy trình sản xuất bia. Các nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển thông minh, thiết kế các giao diện người dùng thân thiện và tích hợp các cảm biến tiên tiến để thu thập dữ liệu chính xác và đáng tin cậy.

3.1. Ứng dụng PLC để điều khiển quá trình lên men bia

Điều khiển quá trình lên men bia là một trong những ứng dụng quan trọng của PLC trong điều khiển sản xuất bia. PLC có thể được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ, áp suất và nồng độ trong các thùng lên men, đảm bảo rằng quá trình lên men diễn ra một cách tối ưu. Bằng cách sử dụng các thuật toán điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative), PLC có thể tự động điều chỉnh các thông số quy trình để duy trì các điều kiện lý tưởng cho sự phát triển của men bia. Điều này giúp đảm bảo chất lượng bia ổn định và đồng đều từ mẻ này sang mẻ khác.

3.2. Sử dụng hệ thống SCADA để giám sát và thu thập dữ liệu

Hệ thống SCADA trong ngành bia đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và thu thập dữ liệu từ các thiết bị và cảm biến khác nhau trong nhà máy bia. SCADA cho phép người vận hành theo dõi các thông số quy trình quan trọng, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và nồng độ, từ một vị trí trung tâm. Ngoài ra, SCADA còn có thể lưu trữ dữ liệu lịch sử, cho phép phân tích và đánh giá hiệu suất sản xuất theo thời gian. Thông tin này có thể được sử dụng để xác định các vấn đề tiềm ẩn, tối ưu hóa quy trình và cải thiện chất lượng sản phẩm.

IV. Hướng Dẫn Điều Khiển Nhiệt Độ Áp Suất Sản Xuất Bia

Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của hệ thống điều khiển trong ngành bia là khả năng kiểm soát điều khiển nhiệt độ trong sản xuất bia và điều khiển áp suất trong sản xuất bia một cách chính xác. Điều khiển nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lên men, hương vị và độ ổn định của bia. Điều khiển áp suất cũng quan trọng để duy trì độ bão hòa CO2 và ngăn ngừa sự hình thành bọt quá mức. Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã phát triển các phương pháp điều khiển tiên tiến để đảm bảo nhiệt độ và áp suất được duy trì ở mức tối ưu trong suốt quá trình sản xuất.

4.1. Phương pháp điều khiển nhiệt độ trong quá trình lên men

Có nhiều phương pháp khác nhau để điều khiển nhiệt độ trong quá trình lên men. Một phương pháp phổ biến là sử dụng các áo nhiệt hoặc bộ trao đổi nhiệt để làm nóng hoặc làm lạnh các thùng lên men. PLC có thể được sử dụng để điều khiển các van và bơm để điều chỉnh lưu lượng của chất làm mát hoặc chất làm nóng, duy trì nhiệt độ mong muốn. Các thuật toán điều khiển PID có thể được sử dụng để đảm bảo nhiệt độ được duy trì ổn định và đáp ứng nhanh chóng với những thay đổi trong điều kiện môi trường hoặc hoạt động của men bia.

4.2. Kiểm soát áp suất để duy trì độ bão hòa CO2

Điều khiển áp suất là rất quan trọng để duy trì độ bão hòa CO2 trong bia. Nếu áp suất quá thấp, CO2 sẽ thoát ra khỏi bia, làm giảm hương vị và tạo ra bọt quá mức. Nếu áp suất quá cao, có thể gây ra sự cố thiết bị và làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Các van điều chỉnh áp suất và cảm biến áp suất có thể được sử dụng để kiểm soát áp suất trong các thùng lên men và thùng chứa. PLC có thể được sử dụng để giám sát áp suất và tự động điều chỉnh các van để duy trì áp suất mong muốn.

V. Kết Quả Ứng Dụng Tự Động Hóa Nấu Bia Tại Bách Khoa

Các kết quả nghiên cứu về hệ thống điều khiển trong ngành bia tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã được ứng dụng tự động hóa trong ngành bia, mang lại những lợi ích thiết thực cho các nhà máy bia. Việc áp dụng các hệ thống điều khiển tiên tiến giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí. Các nhà máy bia có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất bia và đạt được sự ổn định cao trong chất lượng bia. Theo luận văn tốt nghiệp, tác giả đã đề cập đến thiết kế hệ thống điều khiển một khâu trong dây chuyền nấu bia và kết quả áp dụng tại nhà máy bia Sài Gòn Hà Nội.

5.1. Cải thiện hiệu suất và chất lượng sản xuất bia

Việc áp dụng các hệ thống điều khiển tiên tiến giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng sản xuất bia một cách đáng kể. Bằng cách tự động hóa các công đoạn quan trọng như lên men, lọc và đóng gói, các nhà máy bia có thể giảm thiểu sai sót do con người và tăng năng suất. Ngoài ra, việc điều khiển chất lượng bia chặt chẽ hơn giúp đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn mong muốn và duy trì hương vị ổn định.

5.2. Tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sản xuất

Các hệ thống điều khiển tiên tiến cũng có thể giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sản xuất. Bằng cách tối ưu hóa các thông số quy trình và giảm thiểu lãng phí, các nhà máy bia có thể sử dụng ít năng lượng hơn để sản xuất cùng một lượng bia. Ngoài ra, việc tự động hóa các công đoạn sản xuất giúp giảm chi phí nhân công và bảo trì, đồng thời cải thiện hiệu quả sử dụng nguyên liệu.

VI. Tương Lai Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Thông Minh

Hướng tới tương lai, các nghiên cứu về hệ thống điều khiển trong ngành bia tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội sẽ tiếp tục tập trung vào việc phát triển các hệ thống điều khiển thông minh ngành bia hơn nữa. Điều này bao gồm việc sử dụng điều khiển bằng AI trong ngành bia và các thuật toán học máy để tự động điều chỉnh các thông số quy trình và dự đoán các vấn đề tiềm ẩn. Ngoài ra, việc tích hợp các hệ thống điều khiển với các công nghệ mới như IoT trong ngành bia sẽ mở ra những khả năng mới trong việc giám sát và quản lý sản xuất từ xa.

6.1. Phát triển hệ thống điều khiển bằng AI và học máy

Việc sử dụng điều khiển bằng AI trong ngành bia và các thuật toán học máy có thể giúp các nhà máy bia tối ưu hóa quy trình sản xuất và đạt được chất lượng sản phẩm cao hơn. Bằng cách phân tích dữ liệu lịch sử và thời gian thực, các thuật toán này có thể học cách điều chỉnh các thông số quy trình để đáp ứng với những thay đổi trong nguyên liệu hoặc điều kiện môi trường. Ngoài ra, chúng còn có thể dự đoán các vấn đề tiềm ẩn và đưa ra các khuyến nghị để ngăn ngừa sự cố.

6.2. Ứng dụng IoT trong giám sát và quản lý sản xuất từ xa

Việc tích hợp IoT trong ngành bia cho phép các nhà máy bia giám sát và quản lý sản xuất từ xa. Các cảm biến và thiết bị kết nối IoT có thể thu thập dữ liệu về các thông số quy trình, điều kiện môi trường và hiệu suất thiết bị. Dữ liệu này có thể được truyền đến một nền tảng đám mây, nơi nó có thể được phân tích và sử dụng để đưa ra các quyết định thông minh. Người vận hành có thể truy cập dữ liệu và điều khiển các thiết bị từ bất kỳ đâu trên thế giới, giúp cải thiện hiệu quả và linh hoạt trong quản lý sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp sản xuất bia tại Việt Nam đã có sự phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, với mức tăng trưởng bình quân từ 8-12% mỗi năm. Nhà máy bia Sài Gòn Hà Nội (SABECO) là một trong những đơn vị đi đầu với công suất thiết kế 90 triệu lít bia thường phẩm/năm, có khả năng mở rộng lên 120 triệu lít/năm. Quá trình nấu bia là một chuỗi công đoạn phức tạp, trong đó khâu lọc bã (lau­ter tun) đóng vai trò then chốt quyết định chất lượng và năng suất sản xuất.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế và tích hợp hệ thống tủ điều khiển tự động cho khâu lọc bã bia trong dây chuyền nấu bia hiện đại tại nhà máy SABECO. Mục tiêu chính là nâng cao chất lượng dịch lọc, rút ngắn thời gian lọc và tối ưu hóa quy trình điều khiển nhằm tăng năng suất và giảm chi phí năng lượng. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2006-2008 tại nhà máy SABECO, khu công nghiệp Vĩnh Phúc, Hà Nội.

Việc áp dụng hệ thống điều khiển tự động hiện đại, đặc biệt là SCADA và PLC, giúp giám sát và điều khiển chính xác các thông số quan trọng như tốc độ lọc, thời gian lọc và chất lượng dịch lọc. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm bia, đồng thời góp phần tăng sức cạnh tranh cho doanh nghiệp trên thị trường trong nước và quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hệ thống điều khiển tự động SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): Là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trong công nghiệp, cho phép điều khiển từ xa qua giao diện HMI (Human Machine Interface). SCADA phân cấp điều khiển từ cấp 0 (cảm biến, thiết bị chấp hành) đến cấp 3 (quản lý giám sát tổng thể).

• PLC (Programmable Logic Controller): Bộ điều khiển lập trình được sử dụng để thực hiện các thuật toán điều khiển logic, PID, và các chức năng điều khiển liên tục trong dây chuyền sản xuất.

• Mạng truyền thông công nghiệp: Bao gồm các giao thức MPI (Multi Point Interface), Profibus (Process Field Bus), và Industrial Ethernet, đảm bảo truyền dữ liệu nhanh, ổn định giữa các thiết bị điều khiển và hệ thống giám sát.

• Quy trình công nghệ nấu bia: Bao gồm các công đoạn ngâm, nấu, lọc bã, lên men, làm lạnh, với các thông số kỹ thuật như nhiệt độ, pH, áp suất, tốc độ lọc ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: tủ điều khiển tự động, hệ thống SCADA, PLC S7-400, mạng Profibus, quy trình lọc bã (lau­ter tun), chất lượng dịch lọc, và năng suất sản xuất.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng dữ liệu thực nghiệm thu thập tại nhà máy bia Sài Gòn Hà Nội trong giai đoạn 2006-2008, kết hợp với số liệu kỹ thuật từ các thiết bị điều khiển và hệ thống SCADA.

• Phương pháp phân tích: Phân tích mối quan hệ giữa các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, thời gian lọc) với chất lượng dịch lọc và năng suất sản xuất. Thiết kế thuật toán điều khiển PID và logic điều khiển trên PLC S7-400, tích hợp với phần mềm SCADA WinCC của Siemens để giám sát và điều khiển tự động.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Hệ thống điều khiển được thử nghiệm trên dây chuyền nấu bia thực tế tại nhà máy SABECO với quy mô công suất 90 triệu lít/năm. Việc lựa chọn PLC S7-400 và phần mềm WinCC dựa trên khả năng tương thích, độ tin cậy và phổ biến trong ngành công nghiệp bia.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 2 năm, từ tháng 1/2006 đến tháng 12/2008, bao gồm giai đoạn khảo sát hiện trạng, thiết kế hệ thống, lập trình, tích hợp và thử nghiệm thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tối ưu hóa thời gian lọc: Hệ thống điều khiển tự động giúp giảm thời gian lọc bã trung bình từ 120 phút xuống còn khoảng 90 phút, tiết kiệm 25% thời gian so với phương pháp thủ công trước đây.

2. Nâng cao chất lượng dịch lọc: Độ trong của dịch lọc đạt tiêu chuẩn kỹ thuật với độ đục dưới 5 NTU (Nephelometric Turbidity Units), tăng 15% so với trước khi áp dụng hệ thống tự động.

3. Tăng năng suất sản xuất: Nhờ kiểm soát chính xác tốc độ lọc và áp suất, năng suất dây chuyền tăng khoảng 20%, tương đương tăng thêm 18 triệu lít bia/năm tại nhà máy SABECO.

4. Giảm tiêu hao năng lượng: Việc điều khiển tự động giúp giảm tiêu thụ điện năng cho bơm và thiết bị lọc khoảng 10%, góp phần giảm chi phí sản xuất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các cải tiến trên là do hệ thống điều khiển tự động SCADA kết hợp PLC S7-400 cho phép giám sát liên tục và điều chỉnh các thông số vận hành theo thời gian thực, đảm bảo quá trình lọc bã diễn ra ổn định và hiệu quả. So với các nghiên cứu trong ngành công nghiệp thực phẩm khác, kết quả này tương đồng với xu hướng ứng dụng tự động hóa nhằm nâng cao chất lượng và năng suất.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa thời gian lọc và độ trong dịch lọc cho thấy sự cải thiện rõ rệt khi áp dụng hệ thống tự động. Bảng so sánh năng suất và tiêu hao năng lượng trước và sau khi tích hợp hệ thống cũng minh chứng hiệu quả kinh tế của giải pháp.

Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa với nhà máy SABECO mà còn có thể áp dụng rộng rãi cho các nhà máy bia khác trong nước, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành bia Việt Nam trên thị trường quốc tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai mở rộng hệ thống điều khiển tự động: Khuyến nghị các nhà máy bia trong nước áp dụng hệ thống SCADA và PLC tương tự để nâng cao chất lượng và năng suất, với mục tiêu giảm thời gian lọc ít nhất 20% trong vòng 2 năm.

2. Đào tạo nhân sự vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành và bảo trì hệ thống điều khiển tự động cho kỹ thuật viên, nhằm đảm bảo vận hành ổn định và phát huy tối đa hiệu quả hệ thống.

3. Nâng cấp phần mềm giám sát: Đề xuất cập nhật phần mềm SCADA WinCC lên phiên bản mới nhất để tăng cường tính năng báo cáo, cảnh báo sự cố và phân tích dữ liệu, giúp quản lý sản xuất hiệu quả hơn trong vòng 1 năm tới.

4. Tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng: Áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng dựa trên dữ liệu thu thập từ hệ thống điều khiển, nhằm giảm ít nhất 10% chi phí điện năng trong 3 năm tiếp theo.

5. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng: Khuyến khích nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động cho các khâu khác trong dây chuyền sản xuất bia như lên men, làm lạnh để đồng bộ hóa và nâng cao hiệu quả toàn bộ quy trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp sản xuất bia: Các nhà máy bia trong nước và quốc tế có thể áp dụng giải pháp điều khiển tự động để nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng năng suất.

2. Chuyên gia kỹ thuật tự động hóa: Kỹ sư và chuyên viên công nghệ thông tin trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp sẽ tìm thấy các phương pháp thiết kế, tích hợp hệ thống SCADA và PLC phù hợp với ngành thực phẩm.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điều khiển: Luận văn cung cấp tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng công nghệ điều khiển tự động trong dây chuyền sản xuất công nghiệp.

4. Nhà quản lý sản xuất: Các quản lý nhà máy và phòng ban kỹ thuật có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để hoạch định chiến lược nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống SCADA là gì và vai trò trong dây chuyền nấu bia?
   SCADA là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu tự động, giúp điều khiển từ xa các thiết bị trong dây chuyền nấu bia, đảm bảo quá trình vận hành ổn định và chính xác. Ví dụ, SCADA giám sát áp suất và lưu lượng trong khâu lọc bã để điều chỉnh kịp thời.

2. Tại sao chọn PLC S7-400 cho hệ thống điều khiển?
   PLC S7-400 có khả năng xử lý nhanh, độ tin cậy cao và dễ dàng lập trình, phù hợp với yêu cầu điều khiển phức tạp trong dây chuyền nấu bia hiện đại. Đây là lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm.

3. Làm thế nào để đánh giá chất lượng dịch lọc trong quá trình lọc bã?
   Chất lượng dịch lọc được đánh giá qua độ trong (độ đục dưới 5 NTU), áp suất lọc và tốc độ lọc. Hệ thống tự động giúp duy trì các thông số này trong giới hạn cho phép, đảm bảo bia thành phẩm đạt tiêu chuẩn.

4. Hệ thống điều khiển tự động giúp tiết kiệm năng lượng như thế nào?
   Bằng cách điều chỉnh chính xác tốc độ bơm và thời gian lọc, hệ thống giảm thiểu lãng phí điện năng và tránh vận hành quá tải thiết bị, từ đó tiết kiệm khoảng 10% điện năng so với vận hành thủ công.

5. Có thể áp dụng hệ thống này cho các nhà máy bia nhỏ hơn không?
   Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh quy mô và cấu hình hệ thống phù hợp với công suất và yêu cầu kỹ thuật của từng nhà máy để đảm bảo hiệu quả đầu tư và vận hành.

Kết luận

• Thiết kế và tích hợp hệ thống tủ điều khiển tự động cho khâu lọc bã bia tại nhà máy SABECO đã giúp giảm 25% thời gian lọc và nâng cao chất lượng dịch lọc lên 15%.
• Năng suất sản xuất tăng khoảng 20%, tương đương 18 triệu lít bia/năm, đồng thời tiết kiệm 10% năng lượng tiêu thụ.
• Hệ thống SCADA kết hợp PLC S7-400 và mạng truyền thông Profibus, Industrial Ethernet đảm bảo điều khiển chính xác, ổn định và dễ dàng giám sát.
• Giải pháp có thể mở rộng áp dụng cho các nhà máy bia khác nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và cạnh tranh thị trường.
• Đề xuất triển khai đào tạo nhân sự, nâng cấp phần mềm và nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong các khâu sản xuất khác trong vòng 1-3 năm tới.

Các doanh nghiệp và nhà quản lý ngành bia nên xem xét áp dụng hệ thống điều khiển tự động để nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất, đồng thời đầu tư vào đào tạo và nâng cấp công nghệ để bắt kịp xu hướng công nghiệp 4.0.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi ------------------------------------ LUËN V¡N th¹c sü khoa HäC ThiÕt kÕ vµ tÝch hîp hÖ thèng tù ®éng ho¸ läc b· bia trong d©y chuyÒn nÊu bia hiÖn ®¹i Ngµnh: ®o lêng vµ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn Kho¸ häc : 2006-2008 V¬ng vò hiÖp Ngêi híng dÉn khoa häc : PGS. nguyÔn träng quÕ Hµ Néi - 11/2008 17057205091651000000 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc i Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi LêI Cam ®oan T«i xin cam ®oan toµn bé luËn v¨n nµy ®îc hoµn thµnh b»ng sù nghiªn cøu vµ lµm viÖc nghiªm tóc cña chÝnh b¶n th©n t«i díi sù híng dÉn tËn t×nh cña PGS.TS NguyÔn Träng QuÕ – Bé m«n §o lêng vµ tin häc c«ng nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi. T«i xin cam ®oan toµn bé sè liÖu ®îc ®a ra trong luËn v¨n nµy ®îc lÊy tõ c¸c nguån d÷ liÖu tin cËy, ®óng víi nguyªn b¶n vµ c¸c sè liÖu thùc nghiÖm ®îc lÊy tõ sè liÖu thùc tÕ. T«i xin chÞu tr¸ch nhiÖm vÒ c¸c sè liÖu ®a ra trong luËn v¨n nµy.

Nhận xét của người hướng dẫn Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2008 Học viên V¬ng Vò HiÖp Häc viªn : v¬ng vò hiÖp cao häc ®o lêng vµ ht®k 06-08 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi LêI C¶M ¥N T«i xin tr©n träng c¶m ¬n Phã Gi¸o s, TiÕn sÜ NguyÔn Träng QuÕ , ngêi ®· trùc tiÕp híng dÉn vµ gióp ®ì t«i trong suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi nµy. T«i xin tr©n träng c¶m ¬n c¸c ThÇy c« gi¸o Bé m«n §o lêng vµ tin häc c«ng nghiÖp, Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· nhiÖt t×nh gióp ®ì t«i trong suèt khãa häc còng nh trong thêi gian t«i thùc hiÖn ®Ò tµi tèt nghiÖp cao häc khãa 2006- 2008. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n trung t©m ®µo t¹o sau §¹i häc trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi. T«i xin c¶m ¬n Nhµ m¸y bia Sµi Gßn - Hµ Néi; GS.

§inh V¨n ThuËn – Tæng gi¸m ®èc C«ng ty POLYCO; Th.S NguyÔn Träng Huy – Gi¸m ®èc TT phÇn mÒm C«ng ty DKNEC; Th.S Lª ViÕt Th¾ng - Phã Tæng Gi¸m ®èc C«ng ty POLYCO; ®· hÕt lßng gióp ®ì. Cuèi cïng, t«i xin ®îc bµy tá t×nh c¶m vµ lßng biÕt ¬n cña m×nh tíi gia ®×nh, b¹n bÌ cïng ®ång nghiÖp, nh÷ng ngêi lu«n bªn c¹nh t«i, gióp ®ì, ®éng viªn t«i trong suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi. Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2008 Học viên V¬ng Vò HiÖp Häc viªn : v¬ng vò hiÖp cao häc ®o lêng vµ c¸c ht®k 06-08 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc 1 Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Môc lôc Lêi cam ®oan. ii Danh môc kÝ hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t.

iii Danh môc b¶ng sè liÖu. iv Danh môc h×nh vÏ. 1 Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ ngµnh bia vµ hÖ thèng. 5 ®iÒu khiÓn trong d©y chuyÒn nÊu bia .1 Giíi thiÖu s¬ lîc vÒ ngµnh bia.2 Tæng quan vÒ ngµnh c«ng nghiÖp bia ë ViÖt Nam .1 T×nh h×nh s¶n xuÊt bia ë ViÖt Nam .2 §Þnh híng ph¸t triÓn ngµnh c«ng nghiÖp bia ViÖt Nam .3 Vai trß cña hÖ NÊu trong s¶n xuÊt .4 Tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn trong d©y chuyÒn nÊu .1 S¬ ®å nguyªn lý cña d©y chuyÒn nÇu bia .2 Quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt bia vµ s¬ ®å khèi cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt .3 HÖ thèng ®iÒu khiÓn øng dông trong d©y chuyÒn nÊu.

18 Ch¬ng 2: nåi läc b· bia – yªu cÇu c«ng nghÖ vµ bµi to¸n ®iÒu khiÓn .1 Vai trß cña nåi läc trong d©y chuyÒn nÊu bia hiÖn ®¹i .1 Tæng quan vÒ d©y chuyÒn nÊu .2 Nguyªn liÖu s¶n xuÊt vµ c¬ së c«ng nghÖ cho d©y chuyÒn nÊu .3 Vai trß cña nåi läc b· bia .2 Lùa chän nåi läc Pegasus.1 Nåi/m¸y läc th«ng thêng trong thùc tÕ :. 63 Häc viªn : v¬ng vò hiÖp líp cao häc ®o lêng vµ c¸c HT§K 06-08 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc 2 Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi 2.1 Yªu cÇu cña bµi to¸n ®iÒu khiÓn. 63 Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nåi läc cña c¸c ®¬n vÞ níc ngoµi. 67 Ch¬ng 3: ThiÕt kÕ vµ s¸ch lîc ®iÒu khiÓn .1 Lùa chän thiÕt bÞ .2 ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÖn ®éng lùc.3 ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÖn ®éng lùc.2 S¸ch lîc ®iÒu khiÓn.

78 Ch¬ng 4: tÝch hîp hÖ thèng tù ®éng ho¸ .1 TÝch hîp hÖ thèng tù ®éng ho¸ nåi läc b· bia.2 KÕt qu¶ øng dông thùc tÕ t¹i nhµ m¸y bia Sµi Gßn Hµ Néi .3 Híng nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn ®Ò tµi. 90 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ. 91 Tµi liÖu tham kh¶o. 92 phô Lôc 1: c¸c b¶n vÏ thiÕt kÕ ®iÖn ®éng lùc.

phô lôc 2: c¸c b¶n vÏ thiÕt kÕ ®iÖn ®iÒu khiÓn. phô lôc 3: c¸c thiÕt bÞ ®o lêng vµ ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng. phô lôc 4: vÖ sinh c«ng nghiÖp nåi läc. Häc viªn : v¬ng vò hiÖp líp cao häc ®o lêng vµ c¸c HT§K 06-08 Luận văn tốt nghiệp cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MôC C¸C KÝ HIÖU, CH÷ VIÕT T¾T TRONG LUËN V¡N - SCADA: Supervisory Control And Data Acquistion - lµ hÖ thèng gi¸m s¸t vµ thu thËp d÷ liÖu trong c«ng nghiÖp.

- HMI: Human Machine Interface - lµ hÖ thèng gi¸m s¸t ngêi – m¸y. - QTCN - Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ - PID – Bé ®iÒu khiÓn khuÕch ®¹i – tÝch ph©n – vi ph©n. - PLC – Bé ®iÒu khiÓn cã kh¶ n¨ng lËp tr×nh ®îc. - OPC: OLE for Process Control - LAN: M¹ng côc bé - WAN: M¹ng diÖn réng - DCS – HÖ ®iÒu khiÓn ph©n t¸n - TD – Text display - TP – Touch panel - OP – Operator panel - MPI: Multi Point Interface - DP: Decentralized Periphery - Profibus – FMS: Fieldbus Message Specification - Profibus – PA: Process Automation - SADABECO – C«ng ty cæ phÇn bia Sµi Gßn - Daklak - POLYCO – C«ng ty c¬ ®iÖn nhiÖt l¹nh B¸ch Khoa - KRONES AG – C«ng ty Krones – céng hßa liªn bang §øc - SABECO – Tæng c«ng ty bia Sµi Gßn - HABECO – Tæng c«ng ty bia Hµ Néi - CIP: Cleaning In Place - IE: Industrial Ethernet - PCU: Process Control Unit - IOS: Interface Operating Station - TBF: Tank bia thµnh phÈm - CCT: Tank lªn men - D/A Water: Níc khö khÝ - KG: Kieselguhr Filter – M¸y läc KG - PVPP Filter - M¸y läc PVPP Häc viªn : v¬ng vò hiÖp cao häc ®o lêng vµ c¸c ht®k 06-08 Luận văn tốt nghiệp cao học iv Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Danh môc b¶ng sè liÖu B¶ng 3 -1: B¶ng sè liÖu quan hÖ lu lîng läc vµ thêi gian .54 B¶ng 3 - 2: B¶ng sè liÖu quan hÖ gi÷a ®é trong vµ lu lîng dÞch läc .56 B¶ng 3 - 3: B¶ng sè liÖu quan hÖ gi÷a møc dÞch läc vµ tèc ®é läc.57 B¶ng 4 - 1: B¶ng so s¸nh u nhîc ®iÓm m¸y läc khung b¶n vµ nåi läc.59 B¶ng 4 - 2: KÕt qu¶ chÊt lîng läc cña 5 mÎ nÊu.72 Häc viªn : V¬NG Vò hiÖp cao häc ®o lêng vµ ht®k 06-08 Luận văn tốt nghiệp cao học v Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Danh môc h×nh vÏ H×nh 1–1: S¬ ®å c«ng nghÖ toµn bé hÖ thèng NÊu NM bia Sµi Gßn Hµ Néi.

8 H×nh 1–2: S¬ ®å khèi nguyªn lý ho¹t ®éng hÖ thèng NÊu NM bia Sµi Gßn Hµ Néi. 11 H×nh 1–2a: S¬ ®å nguyªn lý P&ID nåi hå ho¸ vµ ®êng ho¸. 41 H×nh 1–2b: S¬ ®å nguyªn lý P&ID nåi läc. 42 H×nh 1–2c: S¬ ®å nguyªn lý P&ID nåi trung gian.

43 H×nh 1–2d: S¬ ®å nguyªn lý P&ID nåi s«i hoa. 44 H×nh 1–2e: S¬ ®å nguyªn lý P&ID nåi l¾ng xo¸y. 45 H×nh 1–2f: S¬ ®å nguyªn lý P&ID hª thèng l¹nh nhanh. 46 H×nh 1–2g: S¬ ®å nguyªn lý P&ID nåi chøa b·.

47 H×nh 1–2h: S¬ ®å nguyªn lý P&ID hÖ thèng níc nãng l¹nh. 48 H×nh 1–2i: S¬ ®å nguyªn lý P&ID hÖ thèng CIP nhµ nÊu. 49 H×nh 1–3b: S¬ ®å nguyªn lý P&ID toµn bé nhµ m¸y bia. 60 H×nh 2- 4: CÊu t¹o bªn trong nåi läc Pegasus.

61 H×nh 2- 5: C¸c ho¹t ®éng bªn trong nåi läc Pegasus. 62 H×nh 2- 6: S¬ ®å P&ID nåi läc b· nhµ m¸y bia Cñ Chi. 66 H×nh 2- 7: S¬ ®å rót gän ®iÒu khiÓn tèc ®é nåi läc b·. 68 Häc viªn : v¬ng vò hiÖp cao häc ®o lêng vµ ht®k 06-08 Luận văn tốt nghiệp cao học vi Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội H×nh 2- 8: S¬ ®å P&ID nåi läc b· thuéc hÖ NÊu nhµ m¸y bia Sµi Gßn Hµ Néi.

69 H×nh 3- 6: S¬ ®å khèi cÊu tróc ®iÒu khiÓn tÇng ®îc ¸p dông. 72 H×nh 3- 7: S¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶n håi mét vßng ®¬n. 73 H×nh 3- 8: S¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶n håi mét vßng ®¬n.77 H×nh 4- 1: S¬ ®å khèi cÊu tróc ®iÒu khiÓn tÇng ®· lùa chän. 85 H×nh 4- 2: S¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã thÓ ph¸t triÓn lªn.

91 Häc viªn : v¬ng vò hiÖp cao häc ®o lêng vµ ht®k 06-08 Luận văn tốt nghiệp cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội The project summarisation 1 - The Project’s Name: Designing and integration for automation system of brewery lauter tun in innovation Brewery production line This project has been carried out with a desire to improve the lauter period time, the wort quality, the wort clarity at lauter tun in the total period time of brewing process in brewhouse. I hope that the results of researching process can be applied widely in breweries and bring about possitive effects. 2 – Solution choice  The solution is use the best filtration speed, timing of filter, quality of filter (the wort quality reaches the allowded clarity/turbidity)  Idealize some not important condition of system.  Automating brewing process in order to control optimal lauter speed, period/cycle of filter, and quality of filter.

3 – Choosing architecture suitable for Designing and integration for automation system of brewery lauter tun. 4 – Evaluating the effect of system 5 – Conclusion and petition Häc viªn : V¬ng vò hiÖp cao häc ®o lêngvµ c¸c ht®k 06-08 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi B¶n tãm t¾t luËn v¨n 1- Tªn ®Ò tµi: “ThiÕt kÕ vµ tÝch hîp hÖ thèng tù ®éng ho¸ läc b· bia trong d©y chuyÒn nÊu bia hiÖn ®¹i” Víi mong muèn gãp phÇn ngµy cµng n©ng cao sù tù chñ cña c¸c ®¬n vÞ néi ®Þa ®èi víi c¸c phÇn mÒm tù ®éng ho¸ trong lÜnh vùc rîu-bia-níc gi¶i kh¸t ®ång thêi gióp c¸c ®¬n vÞ s¶n xuÊt cã thÓ tiÕt kiÖm ®îc chi phÝ n¨ng lîng. Nghiªn cøu cã thÓ ®îc ¸p dông réng r·i trong c¸c nhµ m¸y bia nh»m n©ng cao chÊt lîng s¶n phÈm víi chi phÝ ®Çu vµo kh«ng lín.